L’ESA finance la transformation des déchets en ressource pour les futures missions vers la Lune et Mars
L’Agence spatiale européenne a lancé une nouvelle vague de recherches centrées sur l’un des problèmes les plus difficiles du séjour humain de longue durée au-delà de la Terre : comment, dans des systèmes spatiaux fermés, ne presque rien jeter, mais transformer les déchets en une nouvelle ressource. Au cœur de cette approche se trouve l’idée de l’économie circulaire dans l’espace, c’est-à-dire le développement de technologies qui permettraient, dans de futures bases sur la Lune, pendant les voyages vers Mars ou dans d’autres missions de longue durée, de réutiliser l’eau, l’air, la biomasse et les sous-produits de la présence humaine. C’est précisément pour cette raison que l’ESA, à travers la campagne « Sustainable Future: Advancing Circular Life Support Systems », a sélectionné cinq activités destinées à faire progresser les systèmes fermés de support de vie et à les rapprocher d’une application pratique.
Il s’agit de projets financés dans le cadre de l’élément Discovery des Basic Activities de l’ESA, un programme ouvert à la maturation technologique précoce et à la validation de nouvelles idées. Selon les données de l’ESA, des activités provenant de Belgique, du Luxembourg et de France ont été sélectionnées, et chacune s’attaque à un goulet d’étranglement différent dans le développement d’habitats spatiaux autosuffisants : de la production de bioplastiques à partir de carbone recyclé et du traitement de biomasse difficilement dégradable, en passant par le développement d’emballages comestibles, jusqu’à l’amélioration de la qualité de l’air et au renforcement de la santé des plantes dans un système fermé. À un moment où les agences spatiales et le secteur privé planifient de plus en plus sérieusement la présence humaine au-delà de l’orbite terrestre basse, de tels projets acquièrent une importance stratégique qui dépasse largement la simple curiosité de laboratoire.
Pourquoi une boucle fermée est cruciale pour les missions spatiales
Pour les missions courtes en orbite, il est possible d’acheminer depuis la Terre une grande partie des consommables. Mais pour des vols qui dureraient des mois, voire des années, un tel modèle devient trop coûteux, logistiquement complexe et risqué sur le plan opérationnel. Chaque kilogramme supplémentaire d’eau, de nourriture, de matériaux de rechange ou de consommables sanitaires augmente les exigences de la mission. C’est pourquoi, au cours des dernières décennies, le concept de systèmes régénératifs de support de vie s’est développé, dans lesquels les déchets ne sont pas considérés comme un problème à éliminer, mais comme une matière première pour un nouveau cycle de production.
Dans ce domaine, l’ESA s’appuie sur le projet MELiSSA, mené de longue date, acronyme de Micro-Ecological Life Support System Alternative. Ce programme réunit un réseau d’institutions de recherche et de partenaires industriels dans le but de développer un écosystème artificiel qui, grâce aux micro-organismes et aux plantes, pourrait régénérer l’oxygène, l’eau et une partie de la nourriture. L’ESA indique que l’objectif est de se rapprocher le plus possible d’une efficacité maximale du cycle fermé, c’est-à-dire d’un système qui dépend le moins possible des approvisionnements depuis la Terre. L’installation pilote MELiSSA fonctionne à l’Universitat Autònoma de Barcelona et sert depuis des années de plateforme européenne pour tester de tels processus dans des conditions qui imitent un habitat fermé.
Mais malgré les progrès, la fermeture de la boucle n’est toujours pas un problème résolu. Les données de l’ESA montrent que les approches existantes peuvent transformer une grande partie de la biomasse en produits utiles, mais pas la totalité. Des composants comme la lignine et d’autres résidus d’origine végétale difficiles à dégrader sont particulièrement exigeants. En outre, dans des espaces fermés comme ceux qui existeraient dans des habitats lunaires ou martiens, il ne suffit pas de recycler l’eau et le carbone. Il faut également maintenir une très haute qualité de l’air, empêcher l’accumulation de composés organiques volatils et de contaminations microbiologiques, et extraire le plus de valeur fonctionnelle possible de chaque gramme de biomasse. Ce sont précisément ces points que visent les nouvelles activités sélectionnées par l’ESA en juillet 2024.
Approches belges : des déchets aux plastiques et à de nouveaux matériaux
Parmi les activités sélectionnées, deux projets belges de l’institut VITO se distinguent particulièrement, car ils abordent le problème sous l’angle des matériaux et de l’utilité industrielle des déchets. Le premier projet porte sur le vaste domaine de la production de biopolymères à partir de carbone recyclé et de dioxyde de carbone. L’attention se concentre sur le micro-organisme
Cupriavidus necator, connu pour sa capacité à produire des biopolymères utiles à partir de différents flux d’entrée. Le portail des activités de l’ESA indique que l’utilisation d’acides gras volatils, de lactate, d’éthanol et de CO2 est envisagée comme matière première pour obtenir des matériaux tels que le PHA et le PLA.
De tels polymères sont attrayants parce qu’ils pourraient, dans de futurs habitats spatiaux, remplir plusieurs fonctions à la fois. Il serait possible de produire des emballages, des consommables médicaux, des conteneurs, des composants de protection et même de la matière première pour l’impression 3D, le tout sans dépendre en permanence des livraisons depuis la Terre. En d’autres termes, ce qui est aujourd’hui du carbone résiduel ou un sous-produit d’un processus biologique dans une mission pourrait devenir, dans le système fermé de demain, un matériau local pour fabriquer des objets nécessaires au quotidien. Cela réduit non seulement la quantité de déchets, mais aussi la dépendance de l’équipage à la chaîne d’approvisionnement, qui constitue l’un des principaux critères de sécurité pour les missions lointaines.
Le deuxième projet de VITO s’attaque à l’un des problèmes les plus tenaces au sein de la boucle MELiSSA : la biomasse lignocellulosique et en particulier la lignine, une fraction difficile à exploiter efficacement. Selon la description de l’activité sur le portail de l’ESA, l’objectif est d’utiliser l’extrusion réactive afin de séparer plus efficacement les sucres de la biomasse de la lignine. Cela augmenterait la disponibilité des sucres pour les processus microbiens, tandis que la lignine restante cesserait d’être un poids mort du système. Bien au contraire, ses propriétés naturelles, comme la résistance au feu et la capacité à bloquer les rayonnements UV, ouvrent la possibilité de l’utiliser comme matière première pour développer des matériaux spécialisés dans des conditions extraterrestres.
Pour les missions spatiales, une telle évolution n’a rien de trivial. Si l’on peut obtenir davantage de fractions utiles à partir de la même quantité de biomasse cultivée, le système devient plus compact, plus efficace et plus résilient. L’ESA indique que les conversions actuelles atteignent environ 70 pour cent de la biomasse dans certaines configurations, et que l’objectif des nouvelles approches est de se rapprocher d’un taux d’utilisation nettement plus élevé. Cela signifie non seulement moins de déchets, mais aussi une meilleure planification de la masse, de l’énergie et de l’espace dans un futur habitat.
La spiruline comme aliment, emballage et matière première pour une nouvelle utilisation
Une part importante des nouvelles recherches tourne autour des microalgues, principalement autour de l’organisme Limnospira, mieux connu du grand public sous le nom de spiruline. L’entreprise luxembourgeoise Blue Horizon développe de minces films bioplastiques comestibles à base de spiruline, et le portail des activités de l’ESA indique que de tels films pourraient servir à emballer divers produits à l’intérieur d’un système fermé. À première vue, il s’agit d’un détail technologique étroit, mais dans la pratique, l’emballage dans l’espace est une question très sensible : il doit protéger le contenu, ne pas créer inutilement de déchets et, idéalement, être multifonctionnel.
C’est précisément pourquoi l’idée d’un emballage comestible, ou au moins biologiquement facile à intégrer, présente une valeur supplémentaire. De tels films pourraient servir à emballer les aliments, à faciliter la manipulation de poudres et de granulés, et même à élargir la diversité alimentaire de l’équipage si le matériau s’avère sûr et adapté à la consommation. Blue Horizon étudie également si les déchets générés par l’impression 3D de matériaux thermoplastiques à base de spiruline peuvent être retraités en films minces. Cela refermerait encore davantage la boucle : la même biomasse serait à la fois aliment, matière première de production et matériau d’emballage, tandis que les résidus d’un processus deviendraient l’intrant d’un autre.
Une telle approche reflète une tendance plus large de la technologie spatiale : chaque composant doit avoir le plus de fonctions possible. Un matériau qui est en même temps comestible, facile à traiter et adapté à une production locale a une valeur bien supérieure à celle d’un produit à usage unique qui finit comme déchet inerte après utilisation. Dans le contexte lunaire ou martien, où les ressources logistiques seront limitées, c’est précisément cette utilisation multiple des matériaux qui peut décider de la durabilité de l’ensemble du système.
Un air pur sans effets secondaires nocifs
Les habitats spatiaux fermés ne dépendent pas seulement du recyclage de l’eau et de la nourriture. Le contrôle de l’air que respirent les astronautes est tout aussi important. C’est pourquoi Redwire Space, à travers le projet GreenLung, étudie si sa technologie, conçue pour éliminer le dioxyde de carbone et les composés organiques volatils, peut aussi jouer un rôle supplémentaire dans l’élimination ou l’inactivation des particules virales présentes dans l’air. Selon la description de l’activité de l’ESA, le projet s’appuie sur une sous-unité de photobioréacteur et sur un coliphage modèle afin de mesurer l’efficacité de l’élimination et la répartition des particules virales.
Cette orientation de recherche est particulièrement importante après les expériences liées aux infections respiratoires et la sensibilité accrue à la qualité de l’air dans les espaces fermés sur Terre. Dans un habitat spatial, le problème est encore plus complexe, car l’air y est constamment recirculé et il n’existe pas d’espace pour l’isolement, le remplacement d’équipement ou simplement l’aération comme sur Terre. Les méthodes traditionnelles de purification peuvent être énergivores, coûteuses sur le plan opérationnel ou produire des sous-produits indésirables comme l’ozone. S’il s’avérait que les microalgues et les processus de bioréacteurs associés peuvent contribuer à un air plus propre sans de tels inconvénients, ce serait une étape importante vers un système plus naturel et mieux équilibré sur le plan énergétique.
Il faut souligner ici qu’il s’agit d’une phase de recherche et non d’une technologie achevée prête pour une utilisation opérationnelle dans les missions. Mais c’est précisément là la valeur du programme Discovery de l’ESA : reconnaître une idée à un moment où elle n’est pas encore une norme industrielle, mais où elle peut ouvrir une direction technologique entièrement nouvelle. Dans le cas de GreenLung, cette direction combine support de vie, contrôle de la contamination et processus biologiques dans une solution unique.
La biomasse résiduelle comme soutien à la culture des plantes
La cinquième activité sélectionnée vient de l’Université de Nantes et repart une nouvelle fois de la spiruline, mais cette fois en mettant l’accent sur la culture des plantes. Selon la description du projet de l’ESA, les chercheurs veulent déterminer si la biomasse de spiruline brute ou hydrolysée issue de la boucle MELiSSA peut agir comme moyen de biocontrôle et de biostimulation pour des cultures telles que la tomate et la laitue. En d’autres termes, la recherche examine si un résidu issu d’une partie du système de support de vie peut être transformé en soutien pour une autre partie du même système, à savoir la culture de plantes comestibles.
Si une telle approche s’avérait efficace, les bénéfices seraient multiples. Premièrement, la circularité globale du système augmenterait, car la biomasse ne finirait pas comme résidu de faible valeur. Deuxièmement, les plantes pourraient potentiellement bénéficier d’une protection supplémentaire ou d’une stimulation de la croissance sans qu’il soit nécessaire d’utiliser des intrants chimiques séparés. Troisièmement, les solutions développées pourraient aussi avoir des applications très concrètes sur Terre, en particulier dans le domaine de la valorisation des résidus industriels et du développement d’une agriculture plus durable.
C’est précisément cette logique bidirectionnelle qui est fréquente dans la recherche spatiale : les technologies développées pour des conditions extrêmes au-delà de la Terre trouvent souvent ensuite des applications civiles sur Terre. Les systèmes qui doivent être économes, sûrs et fermés sont, par nature, proches des défis de l’économie circulaire, de la réduction des déchets et de la gestion durable des ressources dans l’industrie et l’agriculture classiques.
Vue d’ensemble : la durabilité spatiale n’est plus un sujet secondaire
Bien que la notion d’économie circulaire dans l’espace soit souvent liée aux débris orbitaux, à la maintenance des satellites et au recyclage des matériaux en orbite, l’ESA considère ces dernières années la durabilité de plus en plus ouvertement aussi à travers les systèmes de vie pour les missions humaines. Le programme Discovery indique qu’il finance la recherche précoce et le développement technologique dans des domaines où l’innovation ouverte peut apporter des solutions aux futures missions européennes. Dans ce cadre, la campagne sur les systèmes circulaires de support de vie n’est pas une expérience isolée, mais une partie d’une tentative plus large visant à ce que l’Europe développe ses propres capacités technologiques pour la présence humaine à long terme au-delà de la Terre.
Cela est particulièrement important à un moment où les programmes internationaux de retour sur la Lune et de planification de futures missions martiennes ne sont plus de simples considérations théoriques. Plus les missions sont longues et lointaines, plus le besoin de cycles fermés devient marqué. Il ne suffit pas d’avoir une fusée capable d’amener un équipage à destination ; il faut garantir que cet équipage puisse vivre pendant des mois ou des années avec un apport limité en ressources, avec un minimum de déchets et une sécurité maximale du système. C’est précisément pourquoi des recherches qui semblent, à première vue, très spécialisées, comme la séparation de la lignine ou la fabrication de films d’emballage à partir de spiruline, deviennent des questions d’infrastructure dans le contexte spatial.
Selon les informations disponibles, les cinq activités sélectionnées dans le cadre de la campagne lancée en 2024 devaient, sur une période d’environ 18 mois, faire progresser leurs concepts d’une phase précoce vers des solutions technologiques plus mûres. Cela signifie qu’il est déjà possible de parler de résultats concrets en matière de démonstration de faisabilité, de validations en laboratoire et de définition des prochaines étapes de développement, même si l’intégration finale dans des systèmes opérationnels reste une tâche de long terme. En ce sens, le message institutionnel est également important : l’ESA investit dans des études relativement petites et ciblées qui peuvent combler des lacunes très concrètes dans les futurs systèmes de vie fermés.
Ce que la Terre pourrait tirer des solutions spatiales
La partie la plus intéressante de cette histoire est peut-être que les technologies développées pour l’espace ne restent pas nécessairement dans l’espace. Les bioplastiques produits à partir de carbone recyclé, un traitement plus efficace de la biomasse lignocellulosique, des systèmes de purification de l’air plus naturels et de nouvelles utilisations de la biomasse algale en agriculture ont aussi une valeur potentielle dans les industries terrestres. À une époque où l’Europe cherche à réduire sa dépendance aux matières premières fossiles, à mieux gérer les déchets organiques et à développer des systèmes de production alimentaire plus résilients, de telles recherches prennent une importance supplémentaire.
C’est précisément pourquoi les derniers projets de l’ESA ne doivent pas être considérés uniquement comme des expériences exotiques pour un avenir lointain. Ils constituent aussi un test de la capacité de la science et de l’industrie à aller loin dans la transformation des déchets en ressource, dans un environnement où il n’y a pas de place pour le gaspillage. Si cette logique se révèle durable dans les conditions de futures bases sur la Lune ou pendant les voyages vers Mars, alors son application sur Terre pourrait être encore plus simple et encore plus vaste. Et cela signifie que le développement de systèmes spatiaux fermés n’est plus seulement une question d’exploration spatiale, mais aussi une contribution très concrète à des technologies qui pourraient, dans les décennies à venir, aider à gérer les ressources et à réduire les déchets ici aussi, sur Terre.
Sources :- Agence spatiale européenne (ESA) – campagne officielle sur la recherche de solutions pour une vie durable dans l’espace et les systèmes fermés de support de vie (lien)- ESA Discovery – description du programme dans le cadre des Basic Activities qui finance les premières études et le développement technologique (lien)- ESA – aperçu des idées OSIP mises en œuvre pour 2024, y compris la campagne « Sustainable Future: Advancing Circular Life Support Systems » et les activités sélectionnées (lien)- Activities Portal – Broad-range biopolymer manufacturing from recycled carbon and CO2, description du projet de VITO sur la production de biopolymères à partir de carbone recyclé et de CO2 (lien)- Activities Portal – Reactive extrusion to maximise lignocellulosic biomass valorization, description du projet visant à séparer plus efficacement les sucres et la lignine de la biomasse (lien)- Activities Portal – Limnospira-based edible bioplastic thin films for packaging, description du projet Blue Horizon sur des films bioplastiques comestibles à base de spiruline (lien)- Activities Portal – Microalgae based GreenLung technology boosts air quality by virus elimination, description du projet de Redwire Space sur la purification de l’air à l’aide d’un photobioréacteur (lien)- Activities Portal – Investigation of the potential of raw and hydrolysed Spirulina biomass for biocontrol and plant biostimulation, description du projet de l’Université de Nantes sur l’utilisation de la biomasse de spiruline pour la protection des plantes et la stimulation de la croissance (lien)- ESA – aperçu du projet MELiSSA et de l’installation pilote à Barcelone en tant que plateforme européenne pour le développement de systèmes régénératifs de support de vie (lien)- ESA – MELiSSA life support project, aperçu plus large du développement des systèmes fermés de support de vie et de l’objectif de se rapprocher d’un écosystème autosuffisant pour les futures missions (lien)
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